Monitoraggio di VOC ed idrocarburi per protezione ambientale

Sommario

Oggi più che mai l'ambiente è una delle questioni chiave che riguardano tutti a livello globale, dai politici e scienziati al grande pubblico. Le imprese consapevoli devono riconoscere l'importanza del proteggere i nostri ecosistemi, inoltre i procedimenti giudiziari per l'inquinamento dell'ambiente possono comportare non solo multe salate, ma anche danni irreparabili all'immagine pubblica di una società.

A seguito di questa maggiore consapevolezza sia i procedimenti giudiziari da parte di agenzie ambientali, sia l’interesse dei media in questi casi, sono in aumento. Anche le società di servizi idrici stanno riconoscendo l'importanza del problema e investendo in apparecchiature di rilevamento e monitoraggio, non solo per il prelievo di acqua pulita ma anche per lo scarico delle acque reflue dagli scarichi pluviali. Ciò ha portato alcune società di alto profilo di fronte ai tribunali, con l’erogazione di multe elevate e l’obbligo di intraprendere costose operazioni di bonifica.

In alcuni di questi casi che riguardano inquinamenti da idrocarburi, la un allarme tempestivo con tecnologie di rilevazione COV avrebbe potuto prevenire o ridurre significativamente sia l'impatto sull'ambiente che i costi di bonifica. I metodi di rilevamento COV disponibili possono essere installati son semplicità, manutenuti e calibrati molto facilmente e hanno un costo di acquisto molto basso.

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COV

I Composti organici volatili (COV) si trovano naturalmente nell'atmosfera. Gli esseri umani, le piante e gli animali li espirano naturalmente, tuttavia al di sopra di determinati livelli possono essere dannosi per la respirazione.

Di seguito sono riportati alcuni dei COV più comuni e le loro fonti industriali. Il termine "COV" in realtà copre una gamma molto ampia di composti organici. Nella tabella dell'Appendice puoi trovare un elenco di COV e dei loro valori di soglia.

VOC e sorgenti industriali più comuni

VOC Fonte industriale
BTEX (benzene, toluene, etil benzene, xilene), esano, cicloesano e trimetilbenzene. Benzina, diesel, olio combustibile, diluenti per vernici, vernici a base di olio, insetticidi, acqua ragia e lucidi per mobili
Acetone, alcool etilico, alcool isopropilico, metacrilati, acetato di etile Smalti e solvente, colonie, profumi, alcool, spray per capelli
Tetracloretene (PERC) e tricloroetene (TCE) Liquido per lavaggio a secco, smacchiatori, detergente per tessuto / pelli
d-limonene (aroma di limone), a-pinene (aroma di pino), isoprene Detergenti a base di olio di limoni (arancio) o olio di pino, solventi e alcuni prodotti per mascherare gli odori
Tetraidrofurano, cicloesano, metiletilchetone (MEK), toluene, acetone, esano, 1,1,1-tricloroetano, metil-iso-butil chetone (MIBK) Colla e primer per PVC , adesivi vari, colla istantanea
Il cloruro di metilene, il toluene, i prodotti più vecchi possono contenere tetracloruro di carbonio Sverniciatori, prodotti per rimuovere gli adesivi (colla)
Cloruro di metilene, PERC, TCE, toluene, xileni, metil etil chetone, 1,1,1-tricloroetano Sgrassatori, olii penetranti aerosol, detergenti per freni, detergenti per carburatori, solventi commerciali, detergenti per elettronica, lubrificanti spray
1,4-diclorobenzene, naftalene Naftalina in palline o scaglie, deodoranti
Freon (triclorofluorometano, diclorodifluorometano) Refrigerante per condizionatori d'aria, congelatori, frigoriferi, deumidificatori
Eptano, butano, pentano Prodotti spray aerosol per alcune vernici, cosmetici, prodotti per il mercato automotive, trattamenti in pelle, pesticidi
Formaldeide Mobili imbottiti, tappeti, compensato, truciolato

Costo della bonifica

Guasti ai macchinari, perdite da serbatoi, atti vandalici, fuoriuscita accidentale o scarico abusivo sono solo alcuni dei modi in cui i COV possono contaminare l'ambiente.

Man mano che gli enti per la tutela ambientale aumentano i controlli e diventano più efficienti nel portare i casi in tribunale , le questioni ambientali sono sottoposte a un crescente controllo pubblico e politico, portando a sanzioni più severe e pubblicità negativa per coloro che causano danni all'ambiente.

Di seguito sono riportati alcuni esempi in cui si sono verificati sversamenti e perdite e non erano in atto procedure adeguate per contenere o rilevare tali sversamenti. Ciò ha portato l'Agenzia per l'ambiente a intentare azioni legali/cause giudiziarie contro le imprese coinvolte e l'emissione di sanzioni e ordinanze per bonificare la contaminazione.

Il costo di una perdita

Per un periodo di circa 4 settimane nel luglio 2005 circa 653 tonnellate di cherosene sono fuoriuscite da un piccolo foro nella base di un serbatoio in una struttura di stoccaggio a Waterston, Milford Haven.

Il conseguente inquinamento ha portato alla distruzione dell'habitat del vicino torrente Hazelbeach e alla chiusura della spiaggia nel mese di agosto 2005.

La società è stata successivamente perseguita dall'agenzia per l'ambiente del Galles e dichiarata colpevole, è stata multata per £29,900 e condannata a pagare spese per £39,801. Inoltre, la società ha stimato che l'operazione di bonifica costerà loro circa 3 milioni di sterline .

Il costo del guasto dell'attrezzatura

Una società di distribuzione di carburante ha ammesso di aver inquinato un affluente del fiume Clyst con 22,000 litri di gasolio rosso.

La perdita è stata rintracciata dall'azienda dopo che sono state individuate quantità significative di idrocarburi nel corso d'acqua, tuttavia i controlli iniziali sui loro sistemi informatici non hanno rilevato perdite. Successivamente, scavi e controlli sulle perdite di pressione hanno rivelato una perditain un tubo di alimentazione che porta a un'isola di erogazione del carburante.

I magistrati hanno riconosciuto il lavoro svolto dall'azienda per bonificare l'ambiente e l’hanno sanzionata in misura ridotta per importi di £ 5.000 con costi di £ 3.700.

Più recentemente (2019) l'ente per l'ambiente dell'Irlanda del Nord ha scoperto uno scarico del diesel rosso al fiume Ballyclare da un canale sotterraneo e questo ha portato all'adozione di azioni.

Il costo dell'errore umano

A un'impresa di trasporti è stato ordinato di pagare £ 6,867 in multe e spese processuali dopo che un captatore di olio ha traboccato, inquinando il Tamigi con olio di scarico nero e causando danni significativi alla fauna selvatica locale.

La società ha ammesso in tribunale di non aver svuotato il captatore, impedendogli di funzionare correttamente. Circa 40 cigni sono stati colpiti e alcuni dovettero essere salvati dal Santuario dei cigni a Shepperton.

Il costo del vandalismo

L'olio proveniente da un sito di riparazione di carrelli elevatori è finito in uno scarico vicino a Spalding, causando la morte di un cigno e degli invertebrati locali.

La compagnia è stata multata di £8.000 e condannata a pagare le spese dell'Agenzia per l'ambiente per un importo di £4.000 dalla Corte dei magistrati di Spalding dopo essersi dichiarato colpevole di aver inquinato un affluente di Hammond Beck.

Ai funzionari dell'Agenzia per l'ambiente è stato detto che un serbatoio dell'olio era stato oggetto di atti di vandalismo e che era stata strappata una tubazione.

L'azienda non si era accorta che c'era uno scarico delle acque superficiali sotto l'area in cui si trovava il serbatoio e quindi non aveva comunicato all'Agenzia la fuoriuscita di olio. Di conseguenza, l'impatto ambientale avrebbe potuto essere ridotto, se ci si fosse resi conto prima che l'olio era entrato nel drenaggio delle acque superficiali del sito.

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Approcci e problemi di rilevamento

Esistono vari metodi di misurazione e rilevazione dei COV; i più accurati, ma più lenti e costosi, sono i metodi di analisi da laboratorio: gascromatografia, spettrometria di massa e rivelazione a ionizzazione di fiamma (FID), i cui costi possono arrivare a $ 100K e più.

Sono disponibili metodi ottici basati su laser per il rilevamento dell'olio nell'acqua, ma questi richiedono che l'olio sia in una forma di emulsione o che abbia formato una chiazza sulla superficie (olio sull'acqua/oil on water). Questi metodi possono rilevare solo concentrazioni relativamente elevate di olio, in genere 1 ppm per i casi olio in acqua e molto più elevato per i casi di olio sull’acqua.

Il rilevatore ottico di olio su acqua misura il cambiamento di riflettanza della superficie - l'olio può riflettere la luce meglio dell'acqua. Il sistema richiede una superficie immobile, libera da polvere o foglie morte e lontana dalla luce solare diretta. I rilevatori olio in acqua utilizzano tecniche di dispersione della luce o fluorescenza e possono misurare concentrazioni fino a 1 ppm. Questa tecnica offre un monitoraggio in linea 24/7, ma è suscettibile di risultati errati se l'acqua ha un livello di torbidità elevato . I rivelatori necessitano inoltre di manutenzione e pulizia regolari della camera del campione, poiché le particelle possono ostruire il sistema.

EPer fortuna esistono metodi di rilevazione VOC più economici, veloci e portatili, ad esempio i rivelatori di fotoionizzazione (PID) e la tecnologia del naso elettronico (E-NOSE).

Un rivelatore di fotoionizzazione (PID) utilizza una lampada a raggi ultravioletti (UV) per irradiare il gas in ingresso. L'energia UV ionizza le molecole, producendo una corrente ionica che viene quindi misurata. I PID sono rivelatori a banda larga e non sono selettivi, in quanto ionizzano tutte le molecole che passano attraverso il rivelatore, che hanno un'energia di ionizzazione simile alla lampada UV utilizzata. Il vantaggio dei PID è che possono fornire una misurazione rapida in loco delle concentrazioni di VOC.

Alcuni degli svantaggi dei PID sono:

  • vapore acqueo, condensa, temperatura e raffreddamento possono limitare le loro prestazioni al massimo a 0,1 ppm (in condizioni controllate), più comunemente a 1 ppm.
  • I PID richiedono manutenzione regolare e taratura della lampada UV, del driver e del circuito di rilevamento.
  • La cella necessita inoltre di una pulizia regolare poiché polvere e microfibre possono aumentare la condensa.
  • La procedura di calibrazione è costosa e complicata e utilizza gas isobutilene compresso a 10 ppm.

La tecnologia E-NOSE (naso elettronico) utilizza un materiale semiconduttore (ossido di metallo) che viene applicato a una sostanza non conduttiva (substrato) tra due elettrodi. Il substrato viene riscaldato a una temperatura (circa 400 ° C) alla quale la presenza del gas può causare una variazione reversibile della conduttività del materiale semiconduttore.

  • Quando non è presente gas, l'ossigeno viene ionizzato sulla superficie e il sensore diventa semi-conduttivo.
  • Quando sono presenti molecole del gas di interesse, sostituiscono gli ioni ossigeno, diminuendo la resistenza tra gli elettrodi.
  • Questa variazione viene misurata elettricamente ed è proporzionale alla concentrazione del gas misurato

Ciò rende E-NOSE una tecnologia di rilevamento di COV a banda larga. Un esempio di questo tipo di tecnologia dei sensori sono i monitor VOC MS1200.

Questo metodo presenta i vantaggi di:

  1. Alta sensibilità: il monitor è in grado di rilevare livelli di concentrazione di COV fino a 1 ppb (parte per miliardo).
  2. I sensori hanno una lunga durata e non richiedono pulizia.
  3. I sensori zero automatico prima di ogni misurazione del campione per tenere conto della deriva del sensore e degli effetti dell'invecchiamento. Questo viene fatto facendo passare aria secca pulita e filtrata sui sensori ad ogni ciclo di campionamento.
  4. Ci sono 2 materiali filtranti utilizzati nel monitor, un filtro antipolvere e uno a carbone attivo. Questi sono gli unici materiali di consumo utilizzati nei sistemi e devono essere sostituiti solo ogni 6 mesi.
  5. Grazie alla robustezza della tecnologia dei sensori, i monitor possono essere implementati come un sistema di monitoraggio online che offre rilevamento e misurazione 24/7.

È stata sviluppata una procedura di taratura del sensore; questo metodo introduce del toluene 50ppb in soluzione acquosa, quindi il monitor campiona la miscela aria / toluene per verificare la risposta

In sintesi

I PID forniscono una tecnologia di rilevamento e misurazione VOC in situ e rapida, ma hanno una sensibilità inferiore e sono più costosi rispetto a E-NOSE. Richiedono inoltre una maggiore manutenzione, una taratura più frequente e sono sensibili alle variazioni di umidità.

E-NOSE è una soluzione conveniente, robusta e ad alta sensibilità con bassi costi di manutenzione e possibilità di monitoraggio 24/7. L'unico materiale di consumo utilizzato è il materiale filtrante, che deve essere sostituito solo una volta ogni 6 mesi, insieme a un semplice controllo di taratura.

Il monitor MS1200 è stato ora ampiamente utilizzato per il monitoraggio dei punti di captazione di acqua potabile. Ora ci sono anche numerosi siti che utilizzano il monitor per il monitoraggio delle emissioni industriali e il rilevamento di COV.

Conclusione

Sono disponibili diverse tecnologie allo scopo di rilevare COV negli scarichi industriali. È stato affermato che il metodo più robusto, sensibile ed efficace utilizza dispositivi E-NOSE a semiconduttore sensibili al gas, a causa della loro lunga durata, dei requisiti di taratura ridotti e della semplice manutenzione. L'esempio a cui si fa riferimento è il Multisensor MS1200.

Sono stati presentati casi di studio per dimostrare quanto facilmente un tale strumento possa essere implementato e integrato nel sistema di controlli di emergenza / sicurezza esistente, all'interno di un moderno complesso industriale, tutelando in tal modo sia la società che lo utilizza che le agenzie che proteggono l'ambiente.

Tabella: valore limite di soglia

Qui puoi vedere alcuni dei Valore limite di soglia (VLS) per alcuni dei COV più comuni. Il VLS di una sostanza chimica è un livello al quale si ritiene che un lavoratore possa essere esposto, giorno dopo giorno per tutta la vita lavorativa, senza effetti negativi sulla salute.

VOC TLV Punto di ebollizione°C Pressione di vapore a 20 °C
Benzene 0,5 ppm 80 10kPa
Toluene 50 ppm 111 2.3kPa
Etilbenzene 100 ppm 136 0.9kPa
Xilene 100 ppm 144 0,91 kPa
Cicloesano 100 ppm 81 10.3kPa
Benzina 300 ppm 20-200 220 kPa (butano)
Acetone 500 ppm 56 24kPa
Alcol isopropilico 200 ppm 83 4.4kPa
Tricloroetene 50 ppm 87 7,8 kPa
Tetraidrofurano 50 ppm 66 19,3 kPa
Metil etil chetone 200 ppm 80 10,5 kPa
Cloruro di metilene 50 ppm 40 47,3 kPa
1,1,1-tricloroetano 350 ppm 74 13.3kPa
Formaldeide 0,3 ppm -20 3,46 kPa a 25
Acqua n / a 100 2.3kPa